자동차 섀시구성 및 주행시스템-3

4.3 현가 시스템 - < 2. 스프링 >

 완충 스프링은 차체와 바퀴 사이에 설치되어 자동차가 주행할 때 노면에서 받는 충격과 바퀴의 진동을 흡수하는 역할을 하는 것으로, 금속제 스프링에는 판 스프링, 코일 스프링, 토션 바 스프링 등이 있고, 그 외에도 고무 스프링이나 공기 스프링 등도 사용하고 있다.

1) 판 스프링

 판 스프링은 스프링 강을 띠 모양으로 성형한 스프링 판을 활 모양으로 약간 굽히고 여러 장을 겹쳐서 만든 것으로 겹판이라고 하며, 주 스프링 판의 양쪽 끝을 말아서 핀을 끼울 수 있게 한 스프링 아이가 있으며, 이 스프링 아이 사이의 거리를 스팬이라고 하고 스프링의 휘어진 양을 스프링 캠버라 한다. 주로 대형 자동차나 승용차의 일체식 차축 현가장치에 사용된다.

2) 코일 스프링

 코일 스프링은 스프링 강의 둥근 막대를 코일 모양으로 감아 만든 것으로 단위 무게에 대한 에너지 흡수율이 판 스프링보다 크고, 또 스프링 작용이 유연하기 때문에 널리 사용되고 있다.

3) 토션 바 스프링 : 토션바 스프링은 스프링 강의 막대로 만든 것으로 비틀림 탄성을 이용한 스프링으로 사용된다.

4) 테 빌라이저 

 스테빌라이저는 토션 바를 U자형으로 하여 양끝을 현가장치의 좌우 아래 컨트롤 암에 연결하고 중양부는 고무 부시를 사이에 두고 차대에 고정한 형식이다. 이것은 차체의 롤링을 최소화하는 역할을 한다.

< 3. 쇽 업소버 >

 쇽 업소버는 바퀴와 차체 사이에 설치되어 스프링이 받는 충격에 의해 발생하는 스프링의 자유 진동을 흡수하여 진동을 빨리 감쇠하는 역할을 한다. 이때 진동 에너지는 쇽 업소버에 의해 열에너지로 변환되어 외부로 방출한다. 자동차에는 유압식 또는 가스 봉입식 텔레스코픽 쇽 업소버가 사용된다.

< 4. 전자제어 현가장치 >

1) 전자 제어의 필요성

 기존의 기계식 현가장치는 스프링 상수, 쇽 업소버의 감쇠력 등이 일정한 값으로 고정되어 있기 때문에 완벽한 성능을 발휘할 수 없다.

 전자제어 현가장치(ECS : Electronically Controlled Suspension)란 주행속도와 도로 조건에 따라 스프링 상수, 쇽 업소버의 감쇠력, 그리고 공기(또는 유, 공압) 스프링의 회로 압력을 가변 시켜, 차고를 제어하거나 차체의 자세를 제어하여 주행 안전성과 승차감을 동시에 향상 시키는 것으로 목적으로 하는 시스템이다.

2) 전자제어 현가장치의 구성

 전자제어 현가장치는 각종 센서로부터 입력된 정보를 ECU에서 처리하여 제어장치를 작동시키는 것이다

3) 전자제어 현가장치의 구성 부품과 기능

(1) 센서

A. 차속 센서 : 변속기 출력축 또는 속도계 구동축에 설치되어 주행속도를 검출한다.

B. 차고 센서 : 일반적으로 서브 프레임에 설치되어 하중 도는 부하 변동에 의한 차체의 높이 변화를 검출한다.

C. 가속 센서 : 가속페달에 별도의 센서를 부착하거나 스로틀 포지션 센서의 출력 신호를 이용하여 급가속 또는 급감 속 여부를 검출한다.

D. 브레이크 센서 : 브레이크 작용에 의한 신효 (유압, ON-OFF)를 검출한다.

E. 조향 휠 각속도 센서 : 조향축 및 조향축 칼럼에 설치되어 직진 위치를 기준으로 하여 조향 휠의 회전각과 회전 각속도에 관한 정보를 입력하고, ECU는 이들 정보를 이용하여 롤링 여부를 판정한다.

F. 중력 센서 : 일반적으로 압전소자 센서를 사용하여 차체의 상하 진동에 관한 정보를 ECU에 공급한다.

G. 모드 스위치 : 통상 주행 시에 승차감을 향상하기 위하여 쇽 업소버의 감쇠력을 유연한 수준으로 유지하는 컴포트 모드와 주행 안정성을 향상시키기 위해 주행 조건 및 노면상태에 따라 쇽 업소버의 감쇠력을 필요한 만큼 제어하는 스포츠 모드를 선택할 수 있다.

(2) ECU

 ECU는 센서들에서 입력되는 신호 정보를 처리하여 쇽 업소버 감쇠력 제어용 스텝 모터의 동작 전압을 출력시킨다. 쇽 업소버의 감쇠력 특성은 시스템에 따라 차이가 있으나, 일반적으로 주행 조건과 노면의 상태에 따라 2단계로 제어된다. ECU의 주요 기능은 다음과 같다. 선회할 때에는 엔티 롤링, 요철 노면을 주행할 때에는 앤티 피칭, 규정속도 이하에서 급출발할 때에는 앤티 스퀴트, 주행 중에 급제동할 때에는 앤티 다이브, 그리고 주행 속도에 따라 쇽 업소버의 감쇠력을 제어하는 기능 등을 갖추고 있다.

4) 전자제어 현가 장치용 쇽 업소버

 전자제어 현가장치용 쇽 업소버는 피스톤 로드가 중공이고, 그 내부에 컨트롤 로드, 그리고 컨트롤 포드와 일체인 회전 밸브가 설치되어 있다. 컨트롤 로드를 좌우 일정한 각도로 회전시키는 액츄에이터(스템핑모터)는 중공축 내부 또는 쇽 업소버 상단에 설치된다. 중공축 내부에는 스텝모터, 감속기어, 클러치, 컨트롤 로드, 회전밸브 등이 들어 있다.

 작동원리는 스템핑모터를 이용하여 입력실을 제어하는 오리피스의 단면적을 제어하여 감쇠력을 제어한다. 오리피스의 단면적이 크면 감쇠력은 약해지고, 반대로 오리피스의 단면적이 감소하면 감쇠력은 증가한다.